前馈式ALC环路介绍及应用

作者/管宏，中国电子科技集团公司第41研究所

文章摘要：本文对比分析了前馈式ALC环路相对于普通ALC环路的优点，并介绍了前馈式ALC环路在信号源中的应用方法



前馈式ALC环路介绍及应用

作者/管宏，中国电子科技集团公司第41研究所

文章摘要：本文对比分析了前馈式ALC环路相对于普通ALC环路的优点，并介绍了前馈式ALC环路在信号源中的应用方法

关键词：ALC；调制器；检波器；积分器量

1.前馈式ALC环路

随着信号源实际应用的不断扩展，我们逐渐发现了普通的ALC系统的一些限制，其中主要限制有四个方面：第一，稳幅滞后于电平控制信号的变化；第二，ALC环路带宽限制其调幅带宽；第三，受检波器检波灵敏度限制，调幅动态范围也不可能大；第四，由于ALC系统的伺服作用脉冲调制功能的实现，必须使ALC环的开环、闭环状态和脉冲开关一致，否则就会引起混乱。因此脉冲调制器必须放在ALC环路外面，无法保证脉冲调制时的功率电平准确度。因此我们便引入了前馈式ALC系统。

前馈式ALC系统其参考和调幅信号一路到求和比较器外，另外一路与调幅信号求和后直接对PIN调制器进行预调制，这样AM带宽就可以不受环路带宽限制。

由于参考信号预先对调制器进行调制，而信号经过调制器、检波器等微波器件后有一定延时，为使参考信号和检波信号一致，在参考和检波放大信号求和前有一延时网络。延迟电路使参考信号和受控微波电平检波信号的变化同步到达环路积分保持器前的反向求和电路，其微小差值再通过积分负反馈电路进一步修正微波功率电平，从而解决了从电平控制信号变化到微波功率受控变化的延迟问题。

由于检波器的检波灵敏度限制，当深度调幅时，即使PIN调制器能使信号产生较大的衰减，但检波输出却无法正确反映，因此难以得到正确的深度调幅信号，前馈式ALC环中，利用一个检波下限比较器，在检波信号小于－13dBm时开关打开，利用当前保持的误差电压和调幅信号进行控制，由于在调制器高端线性很好，所以能得到很精确的深度调幅信号。

另外，在前馈式ALC控制中，积分器的取样保持开关与脉冲调制信号同步动作，实现了载波脉冲断续情况下稳幅的连续性，从而保证了脉冲调制状态下载波的电平准确度。

2.基于前馈式ALC环路设计在AV1464中的应用

AV1464信号源中ALC环路的实现方案如图1，定向耦合器与检波器从RF通路中耦合出检波信号，将其转化成一个直流电压。耦合出的信号是按照已知的比例从RF信号中得到，因此利用检波器转化出来的直流检波电压是实时反映RF通路中功率大小。检波电压经过放大与环路提供的参考电压相比较进行积分，携带误差信息的积分电压用来驱动调制电路，通过调节调制器的衰减来控制RF功率。因此，在ALC环路闭合时，输出信号电平能够一直被监控，通过调节调制二极管，输出所需的RF电平信号。参考电压是由CPU根据设置的RF输出功率电平及各种参数计算后，控制DAC电路产生的。

图1　AV1464前馈式ALC环路框图

检波输入放大电路由检波输入选择电路、十倍放大电路、检波带宽选择电路、对数放大电路、对数放大补偿电路组成。检波输入选择电路通过开关切换，分别按照设置将高波段检波信号、数字下变频波段检波信号、外部检波信号以及源模块检波信号引入到ALC环路中，实现各种检波模式下的自动电平控制。送入ALC环路中的各路检波电压中，高波段检波信号与外检波信号需要进行十倍放之后，再与数字下变频波段检波信号、源模块检波信号一起进入检波通路开关选择电路，通过开关选择的检波信号经过检波带宽选择电路之后送入对数放大电路，进行非线性到线性的转换及信号放大后，携带RF功率电平变化信息且与RF功率变化成线性比例的电压信号，被送入ALC环路中的求和积分电路。另外，这一模块中的DAC电路为对数放大电路提供对数放大时所必需的偏置及拐点等补偿信息。

AM及功率参考电路中包括对数AM通路、线性AM通路、AM输入开关选择电路、功率参考DAC、求和电路。AM信号经缓冲后由模拟开关输入，开关导通时信号直接输入到求和电路，实现对数AM功能。另一路开关导通时，信号经对数变换放大后形成线性AM输入送入求和电路。功率参考DAC是由CPU根据当前设置功率电平及各种参数直接计算出数据，送入D/A转换器件中产生功率参考电压。功率参考电路中提供了带有温度补偿的参考电压，实时监测功率参考电路的工作温度，同样可以起到稳定RF输出功率的作用。

由于AM功能的调幅深度受检波二极管限制，AM带宽受到ALC环路的延时限制，为提高调幅性能，该方案中具有一个前馈支路将AM信号直接与误差电压相加去控制调制器，当AM信号使输出功率小到检波管的低限时，前馈控制信号使积分环路开环，前馈DAC功率参考根据测得开环时积分电压，与AM求和后，送出带有调制信息的一定值电压来控制调制器实现调幅及功率控制，以此提高AM深度。

环路控制、积分电路包括功率参考与检波输入求和电路、开/闭环控制电路、积分及带宽选择电路等。在这里，检波输入放大电平与功率参考电平求和，得到ALC环路的误差信号，误差信号经过积分后去驱动线性调制器，以达到调节功率输出的目的。ALC环路的打开、闭合是由开闭环控制逻辑、脉冲同步逻辑、RF输出控制等逻辑电平来同步组合实现。

3.结束语

在上文中主要讨论了前馈式ALC环路的特性，以及前馈式ALC环路在AV1464信号源中的应用。